在大学物理实验课程中学生自主选择部分实验的改革

【摘 要】介绍在大学物理实验课程中,学生在完成基本实验的基础上,自主选择部分实验项目的改革经验.

【关 键 词】大学物理实验选课

【基金项目】2010年浙江大学宁波理工学院教学改革与研究项目（NITJY-201035）.

【中图分类号】O41【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2012）10-0093-01

教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会颁发的《非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求》指出：“各学校应积极创造条件开放物理实验室,在教学时间、空间和内容上给学生较大的选择自由.等为学有余力的学生开设提高性实验,提供延伸课内实验内容的条件,以尽可能满足各层次学生求知的需要,适应学生的个性发展.”我校物理实验课程按照以上要求,根据实验室现有的条件,开展了在大学物理实验课程中让学生完成最基本的实验的基础上自主选择部分实验的改革.

1.自主选择部分实验改革的基本内容

我校是一所独立学院,物理实验室于2002年初开始筹建,2002年9月投入使用,现已通过浙江省实验室合格评估,共能开出30余个实验项目.物理实验室承担了学院工科专业的大学物理实验教学任务,每学年实验学生人数容量约1400人.每学期约有500名学生修读大学物理实验课程（甲类课程）,每周3学时.课程由15次实验,再加上关于实验理论和数据处理方法的绪论课和考试组成[1].学生根据排定的实验轮续表依次完成实验.这些实验共分为3轮,每轮实验时,同时开出5个实验.学生分成小班按顺序完成5个实验后,再进行下一轮.另外,还开有学时较少的乙类物理实验课程,该课程并没有参与本次改革.

从2010年开始,我校物理实验课程开始实施学生自选部分实验、引入论文答辩的改革.改革后,安排学生完成12次基本实验（分为2轮）,然后由学生自主选择,用3周（共9学时）时间完成1组选做实验（1-2个实验）,形成小论文,并且经申请可参加答辩.课程最终成绩由基本实验（60%）、选做实验（20%）、考试（20%）构成.另外,尝试实施分层次教学,在完成前6个最基本实验后,预选一些优秀学生（每学期约20名）,即安排以团队（2-3人一组）的形式选做设计性、研究性和综合性较强的实验1组,最终完成小论文,参加答辩.

为达到以上改革的要求,我们根据物理实验室现有的实验条件、大学物理实验课程的学时数、独立学院学生的学业水平,精选了12个基础性必做实验.这些实验分属力、热、声、光、电和近代物理各学科,并涵盖基本物理实验仪器的使用,基本的实验数据处理方法,基本的物理实验操作技能.

我们将物理实验室还能开出的20余个实验合理拆解和分组,编写实验简介,作为学生的选做实验.有一些实验比较复杂,学生很难在有限的课时内完成,我们对其进行了适当的分解.例如,迈克耳孙干涉仪相关实验[2]可以分解成：组装迈克耳孙干涉仪、测量氦氖激光波长、观察等倾干涉和等厚干涉、测量钠光的黄光双线波长差和相干长度、利用白光干涉测量透明薄片折射率、测量空气折射率、法布里-佩罗干涉.有一些实验比较简单,学生很快就能完成,我们将原理相近的进行合组,使得每组大约需要9学时左右.例如,电桥相关实验有双臂电桥、非平衡电桥和交流电桥,合为一组；密立根的实验：油滴实验、光电效应实验合为一组.

我们制订了网上选课规则,依托学校教务处的选课系统,建立选课网页,规范选课程序.期末,分时段安排学生答辩,每组实验项目挑选1组优秀学生上讲台讲解实验,所有同学均参与听讲和提问环节.

我们还挑选了一些实验作为小课题实验.这些实验通常需要2-3位同学进行探究式学习,花上9周（27学时）时间完成.这些实验中,有一些实验内容综合性较强、对基础知识要求较多的实验,其实验的原理,在非物理类大学物理课程中并不涉及,学生需要在课内课外研读相关的资料,例如偏振光、塞曼效应等实验.有一些不适合在面上开设的实验,实验时学生之间要互相影响,例如全息照相实验,只能在不同时段,安排少量学生参加实验.有一些探索性实验,其确切实验结果未知,只能安排少数同学参与,例如照相法制作菲涅耳波带片、探究小球在平面上的碰撞等实验.

2.自主选择部分实验改革的作用和意义

这样的改革,在抓住基本实验的同时,给学生一定的选择权,实施分层次教学,调动学生的积极性和创造性,实践多样化的考核方式,包括考试、小论文、答辩等形式,可以更好地培养学生独立实验的能力和创新能力.安排用多次课时完成一组实验,2-3人一组进行探究式学习,学生能充分理解实验内容,教学效果更好.而且,这也充分利用物理实验室现有的实验条件,提高了实验仪器的利用率.

大学物理实验课程是理工科大学生的必修课程,通常是本科生实践教学的开端和基础.在这门基础性的实践课程中,学生经历从选题、实验、总结报告、答辩交流的全过程,为后续课程打下了一定的基础.

特别是其中的答辩环节.学生通过答辩互相交流,发现原来各自实验中有些相关的内容,例如,法布里佩罗干涉、塞曼效应实验、偏振光实验都涉及到多光束干涉的现象和原理,迈克耳孙干涉实验和全息照相都涉及光路的设计和调整等等,可以加深对这些内容的理解.

物理实验室除需要开设基本实验之外,还需要开设一些综合性实验项目和一些近代物理实验项目.其仪器昂贵,实验室仅能少量购置.例如,我校虚拟仪器ELVIS实验仅配置2套.安排学生完成不同的实验然后通过答辩相互交流,可以拓展学生的知识面,满足课程需求.学生分散到各个实验,也可以减少对该类仪器套数的需求,提高仪器利用率.

3.结束语

我们在大学物理实验课程中,让学生在保证完成基本实验的基础上,自主选择部分实验,并且在课程中引入了答辩环节,提高了学生实验的兴趣,开拓了学生的视野,为后续课程打下了坚实的基础.实验室的仪器利用率也得到了提高.